Wi-Fi 6 如何缓解汽车带宽拥挤

十多年前，车辆中的无线连接始于简单的蓝牙和 Wi-Fi 功能，但在过去几年中急剧增加。它从简单的蓝牙免提配置文件 (HFP) 开始，也许还有一个 Wi-Fi 热点。紧随其后的是支持蓝牙的音频流 (A2DP)，以及多角色、多用途的 Wi-Fi 和支持 Wi-Fi 的屏幕共享。

最近，更高级的功能已成为主流，包括无线传感器数据收集、无线固件更新、连续数据上传、电动汽车充电控制和本地网络连接，例如在停车场。

对无线数据传输的依赖只会继续增长。随着自动驾驶系统在不同阶段进入市场，我们将看到汽车和不同基于云的系统之间的数据传输需求增加，车对车 (V2V) 连接的带宽增长相似。车联网通信 (V2X) 由其自己的专用基于 Wi-Fi 的解决方案 (IEEE 802.11p/bd) 专门处理，从长远来看，可能与蜂窝 V2X (C-V2X) 相结合。

 

图 1. 当今的车辆中已经出现了几种无线技术，而且还会有更多技术出现。

然后是车载娱乐——太受欢迎了，而且就带宽要求而言，要求太高，不容忽视。爱立信移动报告预测，移动视频流量的百分比和流量将继续增长，从 2019 年第三季度的每月 63% 和 38 艾字节，到 2025 年占所有移动数据流量的 75% 和每月 160 艾字节。随着车载显示器变得越来越流行并且信息娱乐系统正在改进，预计这种视频娱乐将在汽车中消费。

车里越来越挤

随着无线连接的汽车应用领域和用例数量的增加，信号拥塞的风险也在增加，这会影响性能。减少此类系统退化变得至关重要，因为应用程序的巨大组合，每个都有自己的一组特性和系统要求，对 Wi-Fi 系统如何处理其资源提出了更高的要求。

Wi-Fi 6 是进入汽车领域的最新一代 Wi-Fi 技术，有望通过加速和简化汽车连接来解决许多这些新出现的挑战。未来几年，Wi-Fi 6（在标准化社区中也称为 802.11ax）有望成为许多汽车系统元素的关键推动者，包括信息娱乐单元、远程信息处理控制单元和高级驾驶辅助系统。ABI Research估计，到 2023 年，汽车 Wi-Fi 芯片组出货量的 50%（3500 万件）和 2024 年的 70%（5000 万件）将是 Wi-Fi 6。

 

图 2. 越来越多的车辆内部和周围的用例争夺相同的频谱和资源，增加了信号拥塞和降低性能的可能性。

面向未来的解决方案

蓝牙和原始 802.11b/g Wi-Fi 都在 2.4 GHz 频段运行，它们在此竞争相同的频谱资源。随着新兴 Wi-Fi 用例的带宽需求增加，越来越多的这些用例在 5 GHz 频段、2.4 GHz 和 5 GHz 频段的组合中得到解决，或者，一旦 Wi-Fi 6E 可用，在新的 6 GHz 频段。随着越来越多的数据流量迁移到更高的频率，它将释放 2.4 GHz 频段上的资源，从而进一步扩展低成本、低功耗的蓝牙连接。

除了依赖蓝牙和 Wi-Fi，提供改进的用户体验、安全性和安保的用例应该能够利用 4G 和 5G 蜂窝技术，以高数据速率和低延迟实现更远的覆盖范围和更广泛的覆盖范围。在数据速率非常高且许多汽车位于有限地理区域内的情况下，蜂窝网络和 Wi-Fi 可以同时运行。在预计 Wi-Fi 将成为主要载体的用例中——在车库、加油站或充电站或停车场——它将能够自行处理高数据速率。

这些无线功能的价格，以及它们带来的性能和功能的提高，将是车辆更高的功耗。然而，最新无线标准、芯片组演进和高效软件协议的进展将为车辆提供远远超出早期“车轮上的智能手机”概念的功能铺平道路。

Wi-Fi 6 修复

Wi-Fi 6 有望成为全联网汽车事实上的无线接口。与其前身相比，最显着的改进是提高了频谱效率，使信道容量增加了四倍。这将允许它为每个接入点服务更多客户端或启用新的高带宽用例，例如流式传输超高分辨率视频。Wi-Fi 6 的灵活性使其更适合使用较小的数据块为客户端提供服务，而不会保留不必要的开销。

此外，虽然以前的 Wi-Fi 版本是针对少数客户的需求量身定制的，主要是在室内，但 Wi-Fi 6 的重点是在更拥挤的环境中为众多客户提供体验质量。汽车用例特别感兴趣的是它带来的更远范围和更好的户外覆盖范围方面的改进。

Wi-Fi 6 高效支持低带宽流量的能力使其非常适合物联网领域的低复杂性、低功耗基于 Wi-Fi 的解决方案。在此用例中，目标应用程序将使用限制在 20 MHz 带宽的低功耗、低成本芯片实现。

引擎盖下的外观

Wi-Fi 6 是如何做到的？一方面，它在上行链路和下行链路中都使用正交频分多址 (OFDMA) 数字调制方案。通过将每个 OFDMA 传输通道划分为小的子通道（资源单元），可以同时将数据包从接入点传送到多个用户，从而增加了可以同时通信的用户数量。此外，它还减少了争用和前导开销，尤其是对于许多网络中普遍存在的短数据包。

然后，OFDMA 使用更长的正交频域复用信号，通过在各个符号之间添加更长的循环前缀，改进了子信道的使用并提高了对多径衰落的抵抗力。与新的 PHY 接头一起，这在户外环境中提供了增强的鲁棒性。

Wi-Fi 6 进一步在上行链路和下行链路中使用高达 8×8 多用户多输入多输出 (MU-MIMO) 以提供更高的吞吐量和更多的空间流，以及 1024 正交幅度调制 (1024-QAM)短距离峰值吞吐量更高。

其他功能包括空间重用，也称为 BSS 着色，它允许具有相同“颜色代码”的多个通道组合以传输消息。目标唤醒时间 (TWT) 允许客户端在空闲时通过进入低功耗模式来节省电量。

 

图 3. 利用 OFDMA 数字调制方案，Wi-Fi 6 通过将每个传输通道划分为小的子通道来增加带宽容量，这些子通道可以同时将数据包从接入点传送到多个用户。资料来源：英特尔

由于它带来了更高的容量和灵活性、更高的带宽和更广泛的覆盖范围，我们预计这一新的无线标准将被汽车行业所接受。确切地说，各个原始设备制造商和一级供应商如何决定实施它还有待观察。多年来，我们已经看到不同的制造商在划分车辆内的多个 Wi-Fi 系统方面的发展方向略有不同：根据其功能或应用（远程信息处理控制单元、车载信息娱乐、高级驾驶员辅助系统） ，电动汽车充电控制），成本优化的使用组合，或更物理的部署，例如车辆内部或外部的通信。这种方法的多样性是意料之中的，

Wi-Fi 和蓝牙解决方案本身的实施方式也是如此。一些制造商更喜欢板载芯片实施，其中 Wi-Fi 芯片由 Tier 1 或 OEM 自己集成在 PCB 解决方案中。在极少数情况下，这可能会提供更定制化或更灵活的解决方案，并具有更优化的材料清单。然而，在大多数情况下，来自第三方供应商的预认证模块可为汽车制造商提供更多优势，包括缩短开发时间、简化 PCB 和设备设计，以及更容易迁移到下一代技术。这些优势确保了上市时间，提高了整体直接和间接成本，并降低了风险。

Wi-Fi 6：带宽拥挤的解毒剂

随着汽车制造商继续提供越来越先进的安全性、舒适性和便利性功能，Wi-Fi 作为可靠无线连接的关键推动者的作用将继续增长，适用于车内、车外和车间的使用案例列表。当前几代 Wi-Fi 技术在未来几年仍将与汽车相关，但它们将无法满足日益增长的车内和车外连接需求。通过增加带宽容量，Wi-Fi 6 将通过为每个接入点服务更多的客户并启用新的高频带用例，同时扩大户外覆盖范围，为日益拥挤的拥挤提供解毒剂。

Fredrik Lönegård是 u-blox 产品中心短程无线电的高级产品营销经理。

Peter Karlsson是 u-blox 产品中心短程无线电的技术主管。

审核编辑 黄昊宇